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[技术资料 ] 细谈Type-C、PD原理(二)

21errd

P: 2019-03-12 21:53:39

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五、相关参数/名词解释

5.1 上拉电阻Rp

Rp有6个参数(5V档位和3.3V档位各3个),指示着不同的供电能力。

5.2 下拉电阻Rd

都是5.1K电阻下地,能否检测电源供电能力,取决于电阻的精度。

5.3 线材中的下拉电阻Ra

最小值800 ohm,最大值1.2K

5.4 名词/连接状态解释

名词:

Alternate Mode Adapter(AMA):支持PD USB交替模式的设备,作为UFP存在

Alternate Mode Controller (AMC):支持PD USB交替模式的主机,作为DFP存在

Augmented Power Data Object(APDO):体现Source端的供电能力或者Sink的耗电能力,是一个数据对象

Atomic Message Sequence(AMS):一个固定的信息序列,一般作为PE_SRC_Ready, PE_SNK_Ready or PE_CBL_Ready的开始或者结束

Binary Frequency Shift Keying (BFSK):二进制频移键控

Biphase Mark Coding(BMC):双相位标识编码,通过CC通信

Configuration Channel (CC):配置通道,用于识别、控制等

Constant Voltage (CV):恒定电压,不随负载变化而变化

Current Limit (CL):电流限制

Device Policy Manager(DPM):设备策略管理器

Downstream Facing Port(DFP):下行端口,即为HOST或者HUB下行端口

Upstream Facing Port(UFP):上行端口,即为Device或者HUB的上行端口

Dual-Role Data (DRD):能作为DFP/UFP

Dual-Role Power (DRP):能做为Sink/Source

End of Packet (EOP):结束包

IR Drop:在Sink和Source之间的电压降

Over-Current Protection(OCP):过流保护

Over-Temperature Protection(OTP):过温保护

Over-Voltage Protection(OVP):过压保护

PD Power (PDP):Source的功耗输出,由制造商在PDOs字段中展示

Power Data Object (PDO):用来表示Source的输出能力和Sink的消耗能力的数据对象

Programmable Power Supply (PPS):电源输出受程序控制

PSD:一种吃电但是没有数据的设备,如充电宝

SOP Packet:Start of Packet,所有的PD传输流程,都是以SOP Packet开始,SOP*代表SOP,SOP’,SOP’’

Standard ID(SID):标准ID

Standard or Vendor ID(SVID):标准或产商ID

System Policy Manager(SPM):系统策略管理,运行在Host端。

VCONN Powered Accessory(VPA):由VCONN供电的附件

VCONN Powered USB Device(VPD):由VCONN供电的设备

Vendor Data Object (VDO):产商特定信息数据对象

Vendor Defined Message(VDM):产商定义信息

Vendor ID (VID):产商ID

状态:

Disabled State:从CC引脚移除终端,如果不支持该状态,那么该端口在上电后直接是Unattached.SNK或Unattached.SRC,该状态端口不会驱动VBUS或VCONN,CC1和CC2会呈现高阻到地
ErrorRecovery State:从CC1和CC2引脚移除终端,接下来会根据端口类型转化为Unattached.SNK或Unattached.SRC,这相当于强制断开连接事件,并寻找一个新的连接。如果该状态不支持,则转化为支持的disabled状态,如果disabled状态也不支持,则转化Unattached.SNK或Unattached.SRC。,该状态端口不会驱动VBUS或VCONN,CC1和CC2会呈现高阻到地
Unattached.SNK State:端口等待检测到Source的出现,一个端口Dead Battery不供电时候进入这个状态,端口不能驱动VBUS和VCONN,CC1和CC2分别地通过Rd终止到地,当Source连接检测到会转化为AttachWait.SNK,意味着在一个CC引脚上有SNK.Rp。USB 2.0不支持USB PD可能在VBUS检测到直接转化到Attached.SNK
AttachWait.SNK State:端口检测到SNK.Rp状态在一个CC引脚上,并等待VBUS。端口不驱动VBUS或VCONN
Attached.SNK State:端口连接上了,并作为Sink操作,如果初始化进入这个状态同样作为UFP操作,Power和Data的状态改变可以通过USB PD Command。直接从Unattached.SNK转化过来是通过检测VBUS,不确定方向和可用的高于默认的USB Power
Try.SRC State:端口查询决定伙伴端口是否支持Sink,不驱动VBUS和VCONN,端口要在CC1和CC2上分别Source电流
TryWait.SNK State:端口成为Source失败,准备连接成Sink,不支持VBUS或VCONN,CC1和CC2分别通过Rd终止
Try.SNK State:端口查询决定伙伴端口是否支持Source
TryWait.SRC State:端口成为Sink失败,准备连接成Source

六、PD协议简介

PD协议是Power Delivery,简单来说是一种快速充电标准。

包含PD协议的Type-C 系统从Source到SINK的系统框图大致如下:

      在Source的内部包含了一个电压转换器,且受到PD控制器控制,他会根据输入电压的条件以及最高可输出规格需求,此电压转换器可以是BUCK、Boost、Buck-Boost或者反激转换器。整个通信过程都在PD控制器的管控之下,USB PD还有一个开关,用于切换VCONN电源(电缆包含电子标签时用到)。

        当电缆接通之后,PD协议的SOP通信就开始在CC线上进行,以此来选择电源传输的规格,此部分由Sink端向Source端询问能够提供的电源配置参数(5V/9V/12V/15V/20V)。

如下波形为SINK 控制器申请一个9V电压输出的例子。

(1)SINK端发起SOP,申请获取Source能提供的规格资料

(2)Source回复能提供的规格列表

(3)SINK回复选择的电压规格,并带上所需要的电流参数,并发出相应的请求

(4)Source接受请求,并且把VBUS由5V抬升到9V

(5)在电压变化期间,SINK的电流会保持尽可能小,Source端VBUS到达9V并稳定之后,会发出Ready信号

(6)SINK端电流逐步抬升,若SINK需要降低电压,会重复以上过程

需要注意的是,在电压下降期间,Source为了让电压快速降低,Source会打开放电电路,达到额定值之后,Source会等待一段时间,电压稳定之后再发出Ready信号给SINK。

这种沟通方式的好处就是能确保任何电源的变化都能在SINK和SOURCE的规格范围内,避免出现不可控情况。

      PD协议的通信编码为Bi-phase Mark Coded (BMC),通过CC脚进行通信,如下图。 

BMC码是一种单线通信编码,数据1的传输,需要有一次高/低电平之间的切换过程,而0的传输则是固定的高电平或者低电平。每一个数据包都包含有0/1交替的前置码,起始码(SOP),报文头,数据位,CRC以及结束码(EOP)

如下图所示,展开后的CC脚PD通信波形

BMC编码的通信,也可以使用分析仪进行分析,用来抓取每个数据包,并且获得数据包的作用,如电压电流等。

PD3.0规范中,定义了以下电源配置清单:

对于5V/9V/15V来说,最大的电流为3A,在20V的配置当中,如果是普通的电流,则最大能够支持20V/3A,即60W,如果使用的是带了E-Marker的线缆,则供电能达到20V5A,即100W。

支持超高速数据传输(USB3.1)或者是供电电流超过3A,电缆都必须使用E-Marker进行标识。线缆中有IC,他们需要从VCONN获得电源。

我们注意到,线缆中有1K的下拉电阻Ra,这样在线缆插入的时候,Source会识别到CC1和CC2电压下降的情况,具体的电压会告诉主机那个端子被Sink的5.1K下拉,那个端子被线缆的1K电阻下拉。因此线缆的插入方向也可以被识别到。Source就可以通过开关,给E-Marker提供VCONN。

如下图为带E-Marker的情况:

(1)电缆接通之后,Source的一根CC线被来自VCONN的1K拉低

(2)Source检测到此电压,知道电缆中有E-Marker,因此切换VCONN到对应的CC引脚

(3)在之后,PD通信将会包含Source和E-Marker之间的通信(SOP'&SOP'')Source和Sink之间为SOP

当设备为DRP时,设备的CC1和CC2为方波,一旦连接,CC端都会发生改变。

在本次连接当中,左边的DRP做了Source,右边的DRP作为SINK,也有可能翻转过来。也可以本来就设定SOURCE或者SINK优先。

连接之后,想翻转也是允许的,只要发起角色变换请求就可以了。


WDM - wave(Length)division multipex(ing)波分复用 点赞(1) 投诉

BMW998

P: 2019-03-12 22:52:34

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xiaofan

P: 2019-03-13 08:34:56

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有些复杂,还真是要下点功夫好好学习一下,

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HONEY168WW

P: 2019-03-13 10:21:48

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简直像看天书

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